邢建森，崔　猛，靳東興（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

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“留渣+雙渣”高效脫磷工藝的研究

邢建森，崔猛，靳東興
（天津鋼鐵集團(tuán)有限公司，天津300301）

[摘要]天津鋼鐵集團(tuán)有限公司開(kāi)發(fā)了“留渣+雙渣”脫磷工藝，通過(guò)轉(zhuǎn)爐冶煉出鋼結(jié)束后留渣和前期脫磷的有利條件實(shí)現(xiàn)高效去磷，在冶煉中途進(jìn)行倒渣以減少熔池的磷含量，最終實(shí)現(xiàn)少渣煉鋼的目的。制定了該工藝的關(guān)鍵控制點(diǎn)并形成相關(guān)的操作規(guī)范，采用強(qiáng)底吹模式，控制前期冶煉時(shí)間、溫度及堿度等因素，成功將前期的脫磷率提升至60%以上，而噸鋼石灰消耗降低至24 kg。

[關(guān)鍵詞]留渣+雙渣；脫磷；轉(zhuǎn)爐；少渣煉鋼；石灰；消耗

修回日期：2015-04-06

1　引言

為降低生產(chǎn)成本，增加盈利能力，天津鋼鐵集團(tuán)有限公司在高爐中配加低價(jià)高磷礦，鐵水P含量波動(dòng)在0.12% ~0.18%范圍內(nèi)，平均P含量在0.15%左右。同時(shí)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，企業(yè)的盈利空間不斷縮小，以客戶需求為導(dǎo)向的市場(chǎng)背景迫使公司不斷提高產(chǎn)品等級(jí)，其中品種鋼中低磷鋼的需求不斷增加。為解決高磷鐵水原料和低磷品種鋼產(chǎn)品的矛盾，選擇“留渣+雙渣”工藝，提高轉(zhuǎn)爐冶煉前期的脫磷率，通過(guò)采用少渣煉鋼技術(shù)降低生產(chǎn)成本成為當(dāng)下的必由之路。

2　“留渣+雙渣”工藝的技術(shù)特點(diǎn)

2.1“留渣+雙渣”的工藝流程

圖1　“留渣+雙渣”工藝流程圖

如圖1所示，較傳統(tǒng)的單渣冶煉工藝流程，“留渣+雙渣”工藝在工藝環(huán)節(jié)上的改變主要有兩點(diǎn)：轉(zhuǎn)爐冶煉出鋼結(jié)束后采用留渣處理，通過(guò)濺渣護(hù)爐輔以部分散裝料的方式將爐渣固化，并對(duì)固化情況進(jìn)行確認(rèn)；通過(guò)倒渣將冶煉工藝分為兩個(gè)階段，分別為前期的脫磷期和后期的脫碳期。

2.2“留渣+雙渣”工藝高效脫磷的原理

2.2.1“留渣+雙渣”工藝技術(shù)原理

將轉(zhuǎn)爐吹煉過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一階段脫硅脫磷階段，脫磷結(jié)束后進(jìn)行前期倒?fàn)t倒渣，將部分富磷渣倒出爐外；第二階段脫碳升溫階段，吹煉終點(diǎn)保留脫碳渣，實(shí)現(xiàn)爐渣的熱回收，用于下一爐的前期脫磷[2]。

該工藝的主要原理是通過(guò)多留終渣，利用上一爐高FeO、高CaO以及前期溫度低等有利條件，充分發(fā)揮上一爐終渣的作用，做到前期多去磷。通過(guò)倒渣，一方面可以降低熔池中的磷負(fù)荷，保證終點(diǎn)鋼水磷的合格率，另一方面硅質(zhì)爐渣的倒出降低了后期物料的使用量，從而有效控制了渣量。

脫磷期和脫碳期形成爐渣的良性循環(huán)，不僅大幅度降低了煉鋼白灰的消耗和煉鋼渣量，同時(shí)有效利用了爐渣在不同時(shí)期的冶金特點(diǎn)來(lái)完成脫磷任務(wù)。

2.2.2脫磷熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的協(xié)同問(wèn)題

轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程鋼渣間的脫磷反應(yīng)如下：式中，K為平衡常數(shù)；T為反應(yīng)溫度[3]。

從公式（1）中可以看出，適當(dāng)提高爐渣中CaO、FeO含量，能夠促進(jìn)脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。從公式（2）中可以看出，隨著反應(yīng)溫度升高，平衡常數(shù)降低，不利于脫磷反應(yīng)的進(jìn)行。

轉(zhuǎn)爐冶煉過(guò)程脫磷反應(yīng)基本是在渣鋼界面上進(jìn)行，脫磷速率主要受渣鋼兩側(cè)的傳質(zhì)速率控制。因此，充分的攪拌能是促進(jìn)脫磷反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)條件。

頂吹氧氣流對(duì)熔池升溫影響最大，采用強(qiáng)頂吹模式，雖然有利于金屬熔池中硅、磷的氧化去除，也有利于改善渣-金屬界面?zhèn)髻|(zhì)條件，但由于受渣-金屬界面溫度快速提升的影響，可能會(huì)激活熔池中碳氧化的整體反應(yīng)提前發(fā)生，使熔池中碳氧化的反應(yīng)被整體激活，不僅要與硅和磷爭(zhēng)搶與氧氣的反應(yīng)機(jī)會(huì)，抑制磷的氧化脫除（磷與渣中堿性氧化物結(jié)合生產(chǎn)穩(wěn)定的磷酸鈣）的過(guò)程，還可能進(jìn)一步引發(fā)熔池溫度的整體快速提升，很可能會(huì)使其脫磷效果大打折扣。所以，若要實(shí)現(xiàn)預(yù)期的脫磷效果，不能刻意追求某單一因素來(lái)滿足要求，而應(yīng)實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)同。

3　“留渣+雙渣”工藝高效脫磷的控制要點(diǎn)

3援1關(guān)鍵控制點(diǎn)的理論探究

3.1.1弱頂吹和強(qiáng)底吹的復(fù)合吹煉模式

為實(shí)現(xiàn)脫磷熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩者的協(xié)同，在煉鋼工藝執(zhí)行初期將轉(zhuǎn)爐原有的毛細(xì)管式底吹元件改造為環(huán)縫式底吹元件。環(huán)縫式底吹供氣元件的氣流通道相對(duì)集中，氣流沖擊力強(qiáng)，抗堵塞能力較強(qiáng)，特別適用于濺渣護(hù)爐的轉(zhuǎn)爐。

該種復(fù)合吹煉模式的原理是：利用頂吹軟吹模式，保證爐渣中有合適的氧化鐵組分，利于低溫化渣；利用強(qiáng)底吹氣流攪拌熔池，使底吹氣流能穿透渣-金屬界面，增加爐渣內(nèi)部和金屬熔池內(nèi)部向?qū)嶋H渣-金屬反應(yīng)界面的傳質(zhì)、傳熱能力，這種頂吹與底吹協(xié)同形成的熔池?cái)嚢?。一方面，可以抑制由頂吹造成的?金屬反應(yīng)界面（甚至整個(gè)熔池）溫度的快速提升，為渣-金屬反應(yīng)界面創(chuàng)造較好的脫磷熱力學(xué)條件；另一方面，借助強(qiáng)底吹攪拌作用，可以克服氧槍“軟吹”對(duì)熔池?cái)嚢璧牧Χ炔蛔愕娜觞c(diǎn)。

高的底吹強(qiáng)度有利于促成冶煉脫磷期較高脫磷率的獲得。這是因?yàn)?，轉(zhuǎn)爐脫磷是渣-金屬界面反應(yīng)，轉(zhuǎn)爐冶煉前期溫度條件下，傳質(zhì)是脫磷反應(yīng)的限制性因素，因此動(dòng)力學(xué)條件的優(yōu)化有助于促進(jìn)脫磷反應(yīng)的發(fā)生。

3.1.2前期高效脫磷的工藝控制

（1）適當(dāng)延長(zhǎng)前期吹煉時(shí)間

脫磷期冶煉時(shí)間的延長(zhǎng)有利于促進(jìn)鐵水中的磷更多地進(jìn)入脫磷渣而脫除。這是因?yàn)殍F水中磷的還原性弱于硅、錳的還原性，大量磷的氧化需要在鐵水中硅、錳基本氧化結(jié)束的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行。脫磷期冶煉時(shí)間應(yīng)控制在350 s以上。

（2）控制合理的倒渣溫度

低溫有利于促進(jìn)脫磷期鐵水磷的高效脫除。這是因?yàn)槊摿追磻?yīng)是放熱反應(yīng)，低溫有利于促進(jìn)反應(yīng)向脫磷反應(yīng)的方向進(jìn)行。脫磷期熔池溫度的控制應(yīng)低于1 400益。

（3）控制合理的脫磷渣堿度

由圖2可以看出，隨著脫磷渣堿度的提高，前期脫磷率呈“峰值”趨勢(shì)變化，在脫磷渣堿度為1.8~ 2.0范圍內(nèi)取得最優(yōu)值。這是因?yàn)?，鐵水磷的脫除既需要氧化劑（氧）將磷氧化成P2O5，又需要脫磷劑（CaO）將P2O5固定成P2O5·CaO，脫除到渣中，因此脫磷渣需要一定的堿度。但是在轉(zhuǎn)爐前期冶煉條件下（溫度約1 400益），脫磷渣的堿度受爐渣熔點(diǎn)的限制而不能太高，而且堿度的提高會(huì)增加熔渣內(nèi)固體CaO質(zhì)點(diǎn)的含量，增加熔渣的粘度，對(duì)脫磷的動(dòng)力學(xué)有影響。脫磷渣堿度的控制范圍當(dāng)為1.8~2.0。

圖2　脫磷渣堿度與前期脫磷率關(guān)系

3.1.3脫碳渣循環(huán)對(duì)下一爐次前期脫磷的影響

新工藝中，上一爐次留下來(lái)循環(huán)利用的脫碳渣正好為下一爐次脫磷期冶煉提供了良好的預(yù)熔的高堿度爐渣。上一爐次留下來(lái)的脫碳渣的堿度在4.0左右時(shí)，可以使下一爐次前期脫磷效果達(dá)到最優(yōu)。上一爐次高堿度脫碳渣雖然可以促進(jìn)下一爐次前期脫磷渣的生成，但是脫碳渣的堿度如果過(guò)高會(huì)導(dǎo)致下一爐次前期脫磷渣堿度的提高，從而引起CaO質(zhì)點(diǎn)的增多而使脫磷渣變粘。

3.2“留渣+雙渣”工藝控制的關(guān)鍵點(diǎn)

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理和分析，將工藝的控制關(guān)鍵點(diǎn)概括為以下幾點(diǎn)，如表1所示。

表1　工藝控制關(guān)鍵點(diǎn)

4　“留渣+雙渣”工藝的操作實(shí)踐

為了更好地完成該工藝的控制關(guān)鍵點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)前期的高效脫磷，在布料，控制氧壓和槍位，前期時(shí)間控制等方面做出相關(guān)調(diào)整，以獲得倒渣時(shí)熔池的目標(biāo)溫度T，爐渣的合理堿度R以及良好的流動(dòng)性，進(jìn)而取得最佳的脫磷效果。

4.1布料方面

布料方面控制的主要原則是：根據(jù)不同的鋼種對(duì)磷的成分的要求來(lái)控制石灰的加入量，同時(shí)結(jié)合鐵水的Si含量做出相應(yīng)的調(diào)整，其中爐渣堿度主要通過(guò)改變白灰和石灰石的加入量進(jìn)行調(diào)整，而溫度則主要通過(guò)控制添加返礦等冷料的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整，再根據(jù)相應(yīng)的鐵水條件計(jì)算出對(duì)應(yīng)的布料數(shù)量和方式。

4.2氧壓方面

4.2.1脫磷前期氧壓調(diào)整

熔煉前期氧壓的變化為0.7 MPa寅0.6 MPa寅0.5 MPa，下槍開(kāi)吹采用較大氧壓有利于提升熔煉前期對(duì)熔池的攪拌力，加快熔池反應(yīng)和提高熔池溫度，促進(jìn)熔煉前期物料的熔解。結(jié)合CO的變化趨勢(shì)及時(shí)調(diào)整氧壓，放慢熔煉前期后階段的熔池反應(yīng)，進(jìn)而控制熔煉前期的熔池溫度和半成品鋼液的C成分。

4.2.2脫C后期氧壓變化

后期氧壓的變化為0.5 MPa寅0.6 MPa寅0.75 MPa，倒渣下槍開(kāi)吹普遍會(huì)出現(xiàn)“返干”，而較低的氧壓有利于減緩“返干”的程度。后期氧壓的調(diào)整主要是控制脫C升溫和縮短后期的冶煉時(shí)間。當(dāng)后期調(diào)整為較大氧壓后，可以加大氣流的沖擊深度，降低熔渣的TFe含量。

4.3前期時(shí)間方面

前期的供氧時(shí)間為360~420 s，結(jié)合鐵水Si含量和鐵水溫度選擇合適的倒渣時(shí)間，以保證倒渣的溫度控制在合理范圍內(nèi)。

5　“留渣+雙渣”工藝的實(shí)施效果

圖3為新工藝采用前后前期脫磷效果對(duì)比圖。

圖3　新工藝采用前后前期脫磷效果對(duì)比

（下轉(zhuǎn)第33頁(yè)）

6　結(jié)語(yǔ)

天津鋼鐵集團(tuán)有限公司“留渣+雙渣”工藝的執(zhí)行率達(dá)到90%以上，前期脫磷率達(dá)到60%以上，較之前提升10%。提高脫磷率的關(guān)鍵點(diǎn)主要包括：熔煉前期的時(shí)間控制在360~420 s，溫度控制在1 360~1 400益，爐渣堿度控制在1.8~2.0；熔煉終點(diǎn)爐渣堿度控制在3.5~4.0，底吹采用大流量，總管流量為1 320 Nm3/h；“留渣+雙渣”工藝采用終點(diǎn)留渣，前期倒渣的方式達(dá)到了少渣煉鋼的冶煉標(biāo)準(zhǔn)，噸鋼石灰用量降至24 kg。

參考文獻(xiàn)

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[3]王富亮.鞍鋼260 t轉(zhuǎn)爐少渣冶煉實(shí)踐[J].鞍鋼科技，2013（4）：43-45.

Study on "Double Slag + HotHeel" High EfficientDephosphorization ProcessXING Jian-sen,CUIMengand JIN Dong-xing

(Tianjin Iron and SteelGroup Co.,Ltd.,Tianjin 300301,China)

AbstractTianjin Iron and Steel Group Co.,Ltd.developed "double slag + hotheel" dephosphorization process.High efficientdephosphorization wasrealized byhotheelaftertappingatconverterand the favorable conditions of early dephosphorization and eventually the goal of lean slag melting,by deslagging during melting to reduce phosphorous content in bath. The critical control points for the above process were formulated and relevantoperation specifications drafted.W ith hard bottom blowing mode and controlover melting time,temperature and basicity,dephosphorization rate atearly stage wassuccessfully increased over 60% and specificlimeconsumption decreased to24 kg.

Key words"doubleslag+ hotheel";dephosphorization;converter;lean slagmelting;lime;consumption

收稿日期：2015-03-12

doi：10.3969/j.issn.1006-110X.2015.04.006

作者簡(jiǎn)介：邢建森（1986—），男，河北滄州人，本科，主要從事煉鋼工序的工藝研究工作。